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[특허] EGR 시스템의 제어 장치 및 방법
기술정보
출원번호 10-0170-9303 상태 등록
발명의 명칭 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법
요약 본 발명의 일 측면에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는, 터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러, 엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 EGR 쿨 러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인, EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브, EGR 라인에 설치되어 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양 및 신기의 양을 조절하는 EGR 밸브, 및 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기 초하여 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 EGR 라인 및 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 바이패스 밸브의 개도를 제어하며, EGR 우회율 및 엔진의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브의 개도를 제어하는 제어 부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
기술분야 본 발명은 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량의 외부로 배출되는 질소산 화물 및 연료의 증발가스를 감소시키기 위한 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법에 관한 것이다.
배경기술 이에, 차량의 내연 기관에는 외부로 배출되는 배기가스를 감소 시키기 위한 시스템이 구비되며, 이러한 배기가스 감소 시스템으로서 배기가스의 일부를 재순환시키는 EGR(Exhaust Gas Recirculation) 시스템 및 연료탱크의 증발가스를 퍼지시키는 퍼지 시스템이 있다. 또한, 종래 EGR 시스템 및 퍼지 시스템은 모두 엔진의 흡기 매니폴드를 통해 각각 EGR 가스 및 연료 증발가스를 엔진으로 공급되는 구조로 설계되어 있으나, 그 제어는 각각 독립적으로 수행되어 제어 효율이 떨어지는 문제점 이 존재하였다.
해결하려는 과제 본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 목적은 EGR 쿨러에 이상 이 발생한 경우라도 질소 산화물의 발생을 효과적으로 억제하고, 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스에 대한 퍼지를 통합적으로 제어하여 그 제어 효율성을 향상시키기 위한 EGR 시스템의 제어 장치 및 방법을 제공하는 것 이다.
과제의 해결 수단 본 발명의 일 측면에 따른 EGR 시스템의 제어 장치는, 터빈 및 컴프레서를 포함하는 터보 차저, EGR(Exhaust Gas Recirculation) 라인을 흐르는 EGR 가스를 냉각시키는 EGR 쿨러, 엔진의 배기 매니폴드 측에서 분기되어 상 기 EGR 쿨러를 우회하여 EGR 가스가 흐르도록 상기 EGR 쿨러와 병렬로 연결된 바이패스 라인, 상기 EGR 라인을 흐르는 EGR 가스의 양 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스의 양의 비율을 조절하는 바이패스 밸브, 상기 EGR 라인에 설치되어 상기 엔진의 흡기 매니폴드 측으로 공급되는 EGR 가스의 양 및 신기의 양을 조절하는 EGR 밸브, 및 상기 EGR 쿨러의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따 라 상기 EGR 라인 및 상기 바이패스 라인을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 상기 바이패스 라인을 흐르는 EGR 가스 의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 상기 바이패스 밸브의 개도를 제어하며, 상기 EGR 우회율 및 상기 엔진의 운 전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 상기 EGR 밸브의 개도를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어 상기 제어부는, 상기 결정된 EGR 우회율이 클수록 상기 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 있어 상기 EGR 시스템은, 연료탱크에서 발생한 연료 증발가스를 포집하는 캐니스터, 및 상기 컴프레 서의 전단에 부압을 생성하기 위한 부압 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부가, 상기 캐니스터로부터 상기 컴프레 서의 전단으로 상기 연료 증발가스를 퍼지시키기 위해, 상기 흡기 매니폴드의 부압에 근거하여 상기 부압 밸브 의 개도를 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
발명의 효과 본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 EGR 쿨러의 이상 여부에 따라 EGR 라인 및 바이패스 라인을 각각 흐르 는 EGR 가스의 비율을 조절함으로써 질소 산화물의 발생을 효과적으로 억제할 수 있으며, 배기가스의 재순환 및 연료 증발가스의 퍼지를 통합적으로 제어하여 동시에 수행되도록 함으로써 차량 외부로 배출되는 유해 가스를 효과적으로 저감시킬 수 있다.
발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 한편, 전술한 것과 같이 EGR 쿨러(200)는 엔진(700)으로부터 배출된 배기가스 내에 존재하는 슈트 성분으로 인 해 그 내부에 이물질이 퇴적될 수 있기 때문애, 본 실시예에서 EGR 쿨러(200)는 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스에 의해 이물질이 배출되기 위한 배출 라인(210)이 연결될 수 있으며, 구체적인 설명은 후술한다. 본 실시예에서 EGR 밸 브(400)는 후술할 제어부(600)에 의해 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 결정된 목표 신기량에 따 라 그 개도가 제어될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술하기로 한다. 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도에 기초하여 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단하고, 그 판단 결과 에 따라 EGR 라인(LINE_EGR) 및 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 흐르는 전체 EGR 가스 대비 바이패스 라인 (LINE_BYPASS)을 흐르는 EGR 가스의 비율인 EGR 우회율을 결정하여 바이패스 밸브(300)의 개도를 제어하며, EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어한다. 이에, 본 실시예에서 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한 후, EGR 쿨러(200)의 이상이 발생한 경우 EGR 우회율을 결정하여 EGR 쿨러(200) 내부의 이물질을 제거하는 동시에 바이패스 라인(LINE_BYPASS)을 통 해 정상적인 배기가스의 재순환을 수행하고, EGR 쿨러(200)가 정상인 경우 연소실의 온도를 기반으로 EGR 우회 율을 결정하여 EGR 가스의 온도를 제어하며, 최종적으로 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어함으로써 EGR 시스템의 연소 안정성을 향상시켜 질소 산화물의 생성을 억제한다. 여기서 EGR 우회율을 구체적으로 정의한다. 먼저, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 후단의 온도에 기초하여 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한다. 이때, 제어부(600)는 EGR 쿨러(200)의 전단 및 후단 간의 온도차가 미리 설정된 제1 기준치 미만인 경우에 EGR 쿨러(200)의 이상으로 판단할 수 있다. 이때, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결정할 수 있다. 즉, 엔진 (700)의 온도가 높은 경우, EGR 가스의 온도를 감소시켜 엔진(700)의 온도 및 EGR 가스의 온도 간의 온도차를 더 증가시킬 필요성이 있으므로, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회율을 더 낮은 값으로 결 정하여 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스의 양을 증가시킴으로써 연소실의 온도 감소량을 증가시킬 수 있다. EGR 우회율을 결정한 후, 제어부(600)는 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하 여 EGR 밸브(400)의 개도를 제어한다. 이때, 제어부(600)는 EGR 우회 율이 클수록 목표 신기량을 더 작은 값으로 결정할 수 있다. 즉, 컴프레서(110)의 전단으로 퍼지되는 연료 증발가스는 EGR 가스와 함께 엔진(700)의 연소실에서 연소되며, 연료 증발가스의 연소는 연소실의 온도 상승을 유발하므로 EGR 가스의 연소를 통한 연소실의 온도 감소가 상쇄 되는 문제점이 발생한다. 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 EGR 시스템의 제어 방법을 설명하면, 먼저 제어부(600)는 EGR 쿨 러(200)의 후단의 온도에 기초하여 상기 EGR 쿨러(200)의 이상 여부를 판단한다(S100). 한편, EGR 쿨러(200)가 정상인 것으로 판단된 경우, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도에 근거하여 EGR 우회율을 결정할 수 있으며, 엔진(700)의 온도가 높은 경우, EGR 가스의 온도를 감소시켜 엔진(700)의 온도 및 EGR 가스 의 온도 간의 온도차를 더 증가시킬 필요성이 있으므로, 제어부(600)는 엔진(700)의 온도가 높을수록 EGR 우회 율을 더 낮은 값으로 결정하여 EGR 라인(LINE_EGR)으로 흐르는 EGR 가스의 양을 증가시킴으로써 연소실의 온도 감소량을 증가시킬 수 있다. 이어서, 제어부(600)는 EGR 우회율 및 엔진(700)의 운전 상태를 토대로 목표 신기량을 결정하여 EGR 밸브(400) 의 개도를 제어한다(S300). 이때, 제어부(600)는 EGR 우회율이 클수록 컴프레서(110) 전단의 혼합 EGR 가스의 온도가 충분히 감소되지 않아 질소 산화물의 생성을 충분히 억제할 수 없는 것으로 판단하고, 이를 산소량의 감소로 보상하기 위해 목표 신기 량을 더 낮게 결정한다.
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